KR20240036566A - 염화수소로부터 오불화인을 분리하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 HCl 및 PF5를 포함하는 공급물 스트림을 복수의 스트림으로 분리하는 공정에 관한 것이고, 제1 스트림은 PF5가 풍부하고, 제2 스트림은 HCl이 풍부하고, 공급물 스트림이 하나 이상의 투과성 막 분리 모듈로 유입되는 것을 포함하며, 막 분리 모듈은 HCl 또는 PF5 중 하나에 선택적으로 투과할 수 있는 막을 포함한다.
Description
본 발명은 기체 혼합물 내의 염화수소로부터 오불화인을 분리하는 방법에 관한 것이다. 이 분리 방법은 육불화인산리튬 생산에 특히 유용하다.
육불화인산리튬(LiPF6)은 비수성 극성 용매에 대한 높은 용해도를 활용하는 적용인 상용 이차 전지와 같은 배터리에 사용된다.
육불화인산리튬은 오불화인(PF5)과 불화리튬의 반응으로 생산될 수 있다. 이어서, 생성된 육불화인산리튬은 용액으로부터 육불화인산리튬 결정을 침전시킴으로써 단리될 수 있다.
오불화인은 독성으로 인해 취급이 매우 어려우며 수송 및/또는 구매가 불가능하다. 따라서, 이 방법으로 육불화인산리튬을 생성할 경우, 오불화인이 현장에서 생성되어야 한다. 따라서, 육불화인산리튬을 생산하는 공정은 일반적으로 오염화인 또는 삼염화인과 같은 인 함유 종과 불화수소 사이의 반응을 수반하여 오불화인을 얻는다.
오불화인을 얻기 위한 반응에서는 염화수소(HCl)가 형성되기도 한다. 따라서, 오불화인을 얻기 위한 반응은 염화수소와 함께 오불화인을 포함하는 가압 가스의 미정제 생성물 스트림을 생성한다. 이 미정제 생성물 스트림 내의 염화수소 대 오불화인의 몰비는 대략 5:1이다. 따라서, 다량의 염화수소를 포함하지 않는 불화리튬 제품을 생산하기 위해서는, 맞춤형 용매 시스템을 사용하여 염화수소를 제거해야 한다.
전형적으로 이러한 용매 시스템은 역류 흐름 흡수탑을 통해 미정제 생성물 스트림을 통과시키는 것을 수반하며, 여기서 이는 용해된 불화리튬을 함유하는 액체 용매 스트림과 접촉된다. 그 다음 용매를 처리해야 하는데, 이는 미량 이상이든 용매에 독성 오불화인이 존재하기 때문에 어려울 수 있다.
오불화인은 이후 액상으로 흡수되어 불화리튬과 반응하여 육불화인산리튬을 형성한다. 염화수소 가스는 탑을 통과하고 최종적으로 추가 처리를 위해 배출된다. 그러나 염화수소는 큰 몰 과량이므로, 용매에 어느 정도 용해되며, 이는 육불화인산리튬을 회수하기 전에 용매 흐름을 추가로 처리하여 염화수소를 제거해야 함을 의미한다.
이 접촉 방법의 또 다른 불리한 결과는 가스의 전체 체적 흐름이 오불화인 단독의 체적 흐름의 약 6배라는 것이다. 이는 순수한(또는 실질적으로 풍부한) 오불화인 가스 흐름이 불화리튬 용액과 접촉할 수 있는 경우보다 장비 크기(직경 및 높이)가 더 커야 하고 액체 용매 재고도 더 커야 함을 의미한다. 이 공정에 사용하기에 적합한 용매는 종종 유해한 화학물질(예를 들어 HF)이므로 공정의 고유 안전성을 개선하고 운영 비용을 줄이기 위해 장비 크기를 최대한 줄이는 것이 바람직하다.
단순 증류로는 오불화인과 HCl을 분리할 수 없다. 이들의 정상적인 비등점은 1 켈빈 미만이고 증기압은 약 4℃의 온도에서 동일하다. 이는 결과적으로 오불화인과 HCl이 공비 혼합물을 형성한다는 것을 의미한다. 2원 공비 조성물은 약 54몰%의 HCl 조성물을 가지며 -65℃ 내지 +5℃의 온도 범위에서 거의 변하지 않는 것으로 발명자들에 의해 발견되었다. 이는 온도 또는 압력 변동 증류에 의해 공비혼합물을 분리하는 것이 불가능함을 의미한다.
엔트레이너(entrainer) 용매를 사용하여 이 혼합물을 분리하는 것이 가능할 수 있지만, 이 접근 방식은 증류 순서에 상당한 추가 비용과 복잡성을 가져오고 공정에 또 다른 화학물질을 도입한다.
유기 불소화학물질(예를 들어 냉매 가스) 생산 시, HCl을 물에 흡수시켜 원하는 불소화 제품 종에서 HCl을 분리하는 것이 일반적이다. 그러나 이 혼합물에서는 물과 접촉하면 오불화인이 파괴되어 불화인(POF3) 가스, 수성 HF 및 수성 인산의 혼합물로 변환되기 때문에 이는 불가능하다.
따라서, 추가 공정 화학물질을 도입하지 않고 대략 5:1의 몰비(HCl:PF5)로 그리고 고순도 오불화인 스트림을 생성하고, 바람직하게는 부산물로 판매될 수 있을 만큼 충분한 순도의 HCl 스트림을 생성하는 방식으로 두 종을 포함하는 가압된 가스 스트림으로부터 오불화인과 HCl을 분리하는 방법이 요구된다. 바람직하게는 오불화인 스트림은 추가 처리 없이 육불화인산리튬 합성에 사용될 수 있을 정도로 충분히 풍부하다. 본 발명은 그러한 공정을 제공한다.
본 발명자들은 놀랍게도 막 분리 공정을 사용하여 PF5 및 HCl을 분리하는 것이 가능하다는 것을 발견하였다. 구체적으로 본 발명자들은 PF5 및 HCl을 포함하는 공비 또는 근공비 조성물을 분리하기 위해 막 분리 공정이 사용될 수 있음을 발견하였다.
이론에 구애됨이 없이, 공비 또는 근공비 조성물의 존재는 일반적으로 온도, 압력 및 조성물 내 성분의 비율에 따라 달라진다.
공비혼합물 또는 공비 조성물이란 바람직하게는 증기-액체 평형에서 액상과 증기상 모두에서 실질적으로 동일한 조성을 갖고, 비등점이 순수한 성분 중 하나의 비등점보다 높거나 낮은 2원 조성물을 의미한다. 고비등점 공비혼합물은 순수한 성분보다 비등점이 더 높은 공비혼합물이다. 저비등점 공비혼합물은 순수한 성분보다 비등점이 낮은 공비혼합물이다.
근공비혼합물 또는 근공비 조성물(예를 들어 PF5 및 HCl의 근공비 조성물)란, 공비혼합물 조성물과 유사하게 거동하지만(즉, 조성물은 일정한 비등 특성을 갖거나 비등할 때 분별되지 않는 경향을 갖는다) 공비 혼합물의 모든 특성을 갖지는 않을 수도 있는 조성물, 예를 들어 등가 온도에서 측정할 때 증기압이 비등점이 낮은 순수 성분(예를 들어 PF5에 비해 HCl)의 증기압보다 높지만 평형 증기 조성이 액체 조성물과 다를 수 있는 2원 액체 조성물을 의미한다.
본질적으로, 주어진 압력에서, 공비혼합물 또는 근공비혼합물 조성물은 비등 액상에서와 같이 증기상에서 실질적으로 동일한 구성 비율을 갖는다. 이는 액체 조성물 중 성분의 분별이 발생하지 않음(또는 실질적으로 없음)을 의미한다.
본 발명은 HCl 및 PF5를 포함하는 공급물 스트림 (예를 들어, 공급 가스 스트림)을 복수의 스트림으로 분리하는 공정을 제공하고, 제1 스트림은 PF5가 풍부하고, 제2 스트림은 HCl이 풍부하고, 공급물 스트림이 하나 이상의 투과성 막 분리 모듈로 유입되는 것을 포함하며, 투과성 막 분리 모듈은 HCl 또는 PF5 중 하나에 선택적으로 투과할 수 있는 막을 포함한다.
본 발명은 유리하게는 정제된 HCl이 귀중한 부산물로서 생성됨과 함께 정제된 PF5가 주요 생성물로서 생성되도록 허용한다. 유리하게는 이는 추가 공정 화학물질을 도입하지 않고도 달성된다.
본 발명의 추가 이점은 생성물 스트림 중 하나가 PF5가 충분히 풍부하여 상기 생성물 스트림이 추가 가공 필요 없이 육불화인산리튬 합성에 사용될 수 있다는 점이다.
PF5 및 HCl을 분리하기 위해 엔트레이너(entrainer) 용매와 같은 추가 용매가 필요하지 않다는 것은 본 발명의 공정이 선행 기술에 알려진 공정과 비교할 때 비용과 복잡성을 유리하게 감소시킨다는 것을 의미한다.
발명의 설명
제1 양태에서, 본 발명은 HCl 및 PF5를 포함하는 공급물 스트림을 복수의 스트림으로 분리하는 공정을 제공하고, 제1 스트림은 PF5가 풍부하고, 제2 스트림은 HCl이 풍부하고, 공급물 스트림이 하나 이상의 투과성 막 분리 모듈로 유입되는 것을 포함하며, 투과성 막 분리 모듈은 HCl 또는 PF5 중 하나에 선택적으로 투과할 수 있는 막을 포함한다.
바람직한 구현예에서, 분리될 상은 기체이고 생성된 생성물 스트림도 분리 모듈을 떠날 때 기체이다.
일부 구현예에서, 공급물 스트림은 PF5가 풍부한 제1 스트림과 HCl이 풍부한 제2 스트림으로 단지 2개의 스트림으로 분리될 수 있다.
일부 바람직한 구현예에서, 공급물 스트림은 증기상일 수 있고 HCl:PF5를 1:1 초과 내지 약 15:1의 몰비, 바람직하게는 1:1 초과 내지 약 10:1의 몰비, 더 바람직하게는 1:1 초과 내지 약 5:1의 몰비로 포함한다.
스트림에 특정 화합물이 풍부하다는 것은 생성물 스트림의 조성물은 공급물 스트림보다 더 높은 몰%의 상기 생성물을 함유한다는 것을 의미한다.
예를 들어, 본 발명의 분리 공정은 공급물 스트림 내 HCl의 약 16 몰%에서 50 몰% 초과의 농도까지 PF5의 농도를 증가시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명의 공정은 제1 스트림 및/또는 제2 스트림을 정제하여 정제된 스트림 및 폐스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 정제된 스트림은 각각 제1 및/또는 제2 스트림에 비해 증가된 불순물 내에 PF5 및/또는 HCl을 포함한다.
일부 구현예에서, 본 발명의 공정은 제1 스트림 및/또는 제2 스트림을 정제하여 정제된 스트림 및 폐스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하며, 정제된 스트림은 각각 제1 및/또는 제2 스트림에 비해 증가된 불순물 내에 PF5 및/또는 HCl을 포함한다.
일부 구현예에서, PF5:HCl의 몰비가 적어도 1:1, 바람직하게는 2:1, 더 바람직하게는 5:1, 가장 바람직하게는 10:1이 되도록 제1 스트림은 PF5가 풍부하다.
PF5:HCl의 몰비가 적어도 1:1이 되도록 제1 스트림이 PF5가 풍부한 경우, 제1 스트림은 추가 처리(예를 들어 추가 정제) 없이 LiPF6 합성에 사용될 수 있도록 충분히 풍부한 것으로 간주된다.
일부 구현예에서, PF5:HCl의 몰비가 적어도 1:1이 되도록 제1 스트림은 PF5가 풍부한 경우, 정제 단계는 증류에 의해 수행될 수 있다.
50 몰% 초과의 PF5를 갖는 풍부 스트림을 달성하면, 풍부 스트림의 증류를 통해 고순도 PF5의 하단 생성물과 46% 몰 PF5의 공비 농도 또는 그 부근의 혼합 가스의 상단 생성물을 얻을 수 있다.
증류 후, 정제된 스트림 내의 PF5의 순도는 적어도 90 몰%의 PF5, 더 바람직하게는 95 몰%의 PF5, 더욱 더 바람직하게는 97 몰%의 PF5, 더욱 더 바람직하게는 99 몰%의 PF5이다.
유리하게는, 정제된 스트림은 LiPF6 합성에 사용될 때 적어도 50 몰%의 PF5를 포함한다.
청구범위에 속하는 기재된 분리 공정의 추가 예는 초기 분리 단계에서 조성물이 46 몰% 초과의 PF5 (유리하게 50% 초과의 PF5)인 부분 풍부 스트림을 생성한 후, 부분적으로 풍부된 스트림을 증류 분리하여 원하는 순도의 PF5(예를 들어, 90 몰%의 PF5, 더 바람직하게는 95 몰%의 PF5, 훨씬 더 바람직하게는 97 몰%의 PF5, 더욱 더 바람직하게는 99 몰%의 PF5)의 스트림을 얻는 공정이다.
일부 구현예에서, 본 발명의 방법은 폐스트림을 하나 이상의 막 분리 모듈로 다시 재순환시키는 단계를 추가로 포함한다. 이러한 공정에서 폐스트림은 PF5와 HCl의 공비 또는 근공비 혼합물을 포함한다. 폐스트림은 정제된 스트림으로서 증류 단계를 빠져나가지 않는 증류 단계에 공급되는 물질의 나머지 부분을 포함한다. 폐스트림은 하나 이상의 투과성 막 분리 모듈, 바람직하게는 제1 또는 일차 투과성 막 분리 모듈로 다시 공급된다. 이에 따라, 폐스트림의 조성물은 다시 분리 공정을 거치게 된다.
일부 구현예에서, 제1 스트림 및/또는 제2 스트림은 정제 단계 전에, 각각 제1 또는 제2 스트림 내 PF5 또는 HCl의 양을 더 풍부하게 하기 위해 추가 투과성 막 분리 모듈을 통과할 수 있다.
의심의 여지를 피하기 위해, 투과성 막이라는 용어는 당업계에 공지된 통상적인 정의를 취한다. 즉, 투과성 막은 막 위의 압력 차이로 인해 투과 유체가 막 재료를 통해 확산되도록 하는 막과 관련된다. 당업자는 이러한 막이 특정 유체에 대해 선택적일 수 있음(즉, 더 높은 투과율을 가질 수 있음)을 이해할 것이다. 막의 선택성에 영향을 미치는 인자에는 막의 기공 크기, 분자의 크기, 분자의 확산성 및 막 내 투과물의 용해도가 포함되지만 이에 제한되지는 않는다.
이론에 구애됨이 없이, 막 분리 공정은 고압 영역에서 저압 영역으로 막을 통해 상이한 속도로 유체가 침투하는 것에 의존한다. 압력 구배는 예를 들어 진공 펌프 또는 기타 장치를 사용하여 막 분리 모듈 내 막의 한쪽 면에 더 낮은 압력 환경을 생성함으로써 제어될 수 있다. 따라서 유체가 막을 통과할 때 유체를 제거하면 더 낮은 압력이 생성될 수 있다.
막 분리 모듈 내의 막의 고압측에는 유체가 공급되어 공급 압력과 같거나 그에 가까운 높은 압력을 유지한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 중간 부스터 압축기는 분리 모듈로 유입되기 전에 공급 유체 압력을 높이는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 공정은 침투 모듈로 유입되는 공급물 및 생성물 유체가 기체 또는 증기 상태인 공정이다.
단일(예를 들어, 일차) 막 분리 모듈이 청구된 발명의 공정에 사용될 수 있다. 이 경우, 한 가지 조작 방법은, PF5의 양이 PF5/HCl 공비혼합물 조성물에 존재하는 PF5의 양보다 더 많아지도록 보유물 중 PF5의 양을 증가시키는 것일 수 있다. 그 다음 보유물 및 투과물 스트림 모두를 추가로 정제하여 원하는 순도의 PF5 및 HCl 스트림을 생성할 수 있으며, 각 증류 단계의 원치 않는 물질은 압력이 상승되어 재순환되어 막 분리 모듈의 유입구로 반환된다.
증류가 수행되기 전에 필요에 따라 PF5 또는 HCl을 추가로 풍부하게 하기 위해 원하는 대로 일차 막 분리 모듈에서 발생하는 스트림(즉, 보유물 또는 투과물 스트림)에 추가적인 막 분리 장치가 사용될 수 있다(예를 들어, 1개, 2개, 3개, 4개, 또는 5개 이상의 추가 막 분리 모듈이 사용될 수 있음).
하나 초과의 막분리 모듈이 사용되는 경우, 막분리 유닛들은 직렬로 연결될 수 있다. 각각의 막 분리 모듈에서의 공정으로부터 생성된 폐스트림은 또한 일차 막 분리 모듈로 다시 재순환되는 단일 폐스트림을 형성하기 위해 함께 결합될 수 있다.
본 발명의 한 구현예에서, 투과성 막 분리 모듈에서 발견되는 막은 미세다공성, 불활성 폴리머 재료이다.
본 명세서에서 미세다공성 물질이라는 용어는 직경이 2 nm 미만인 기공을 함유하는 물질을 의미한다.
일부 구현예에서, 미세다공성 불활성 폴리머 재료는 폴리 테트라플루오로에텐 (PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 불소화된 에틸렌-프로필렌 (FEP), 설폰화된 퍼플루오로비닐 에테르-테트라플루오로에텐 공중합체 (예를 들어, NafionTM) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. NafionTM은 The Chemours Corporation이 상표명 Nafion로 판매하는 폴리머 재료를 의미한다.
투과성 막 분리 모듈이 미세다공성 불활성 폴리머 재료인 구현예에서, 하나 이상의 투과성 막 분리 모듈에서 상기 막을 가로지르는 압력 구배는 약 0.1 bar 내지 약 20 bar, 바람직하게는 약 0.25 bar 내지 약 15 bar, 더 바람직하게는 약 0.5 bar 내지 약 10 bar이다.
투과성 막 분리 모듈이 미세다공성 불활성 폴리머 재료인 구현예에서, 공정은 약 -50℃ 내지 약 80℃, 바람직하게는 약 -30℃ 내지 약 50℃, 더 바람직하게는 약 -20℃ 내지 약 40℃의 온도에서 관련된 하나 이상의 투과성 막 분리 모듈에서 수행된다.
대안적으로, 다른 구현예에서, 막 재료는 고무질 또는 유리질 폴리머 재료로부터 선택될 수 있다.
본 명세서에 사용된 유리질 폴리머는 실내 온도보다 더 높은 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 폴리머에 관한 것이다.
본 명세서에 사용된 고무질 폴리머는 실내 온도보다 더 낮은 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 폴리머에 관한 것이다.
이들 구현예에서, PF5 또는 HCl 중 하나의 용해도는 다른 성분에 비해 향상되어 용해도가 높은 성분은 용해도가 낮은 성분보다 더 빠른 속도로 막을 통해 투과된다.
일부 관련 구현예에서, 막 재료는 불소화 폴리머, 폴리비닐 클로라이드, 폴리실록산, 폴리-메틸-펜텐, 폴리설폰, 폴리이미드, 부분 불소화 또는 치환된 폴리이미드, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
일부 구현예에서, 바람직하게는 폴리실록산은 폴리디메틸 실록산이다.
일부 구현예에서, 바람직하게는 폴리이미드는 불소화 폴리이미드, 바람직하게는 6FDA-6FpDA이다. 의심의 여지를 없애기 위해, 6FDA-6FpDA는 다음과 같은 구조를 가지고 있다:
힐데브란트(Hildebrand) 용해도 매개변수(δ)는 재료 간의 상호작용 정도에 대한 수치 추정치를 제공하며, 특히 많은 폴리머와 같은 무극성 재료의 경우 용해도를 나타내는 좋은 지표가 될 수 있다. 즉, 힐데브란트 용해도 매개변수는 용질에 대한 용매의 친화력을 측정하는 것이다.
힐데브란트 용해도 매개변수의 값이 용매(예를 들어 막)와 용질(예를 들어 관련 분자)에 대해 유사한 경우, 벌크 물질에서 용질의 합리적인 수준의 용해력을 예상할 수 있다.
예를 들어, HCl에 대한 힐데브란트 매개변수는 -60℃ 내지 +20℃의 온도 범위에서 약 21 (MPa)1/2이고, PF5에 대한 힐데브란트 매개변수는 -60℃ 내지 +20℃의 온도 범위에서 약 11 (MPa)1/2이다. 불소화 폴리이미드 6FDA-6FpDA는 힐데브란트 매개변수가 약 21 (MPa)1/2이므로 HCl이 6FDA-6FpDA에서 높은 용해도를 나타낼 것으로 예상할 수 있다. PTFE의 용해도 매개변수는 약 13 (MPa)1/2이고 PDMS의 용해도 매개변수는 약 16 (MPa)1/2이므로 이들 물질에서 PF5의 용해도는 HCl의 용해도보다 높을 수 있다고 예상할 수 있다.
투과물 스트림에 PF5가 풍부한 분리 공정이 필요한 경우, PF5가 HCl보다 물질에서 더 높은 선호적 용해도를 갖도록 막을 선택할 수 있다. 따라서, 막은 HCl(-60℃ 내지 +20℃의 온도 범위에서 21 (MPa)1/2)와 비교하여 PF5(예를 들어, -60℃ 내지 +20℃의 온도 범위에서 11 (MPa)1/2)의 값에 더 가까운 막 힐데브란트 매개변수를 갖는 물질로 제조될 수 있다.
대안적으로, 투과물 스트림에 HCl이 풍부한 분리 공정이 필요한 경우, HCl 이 PF5 보다 물질에서 더 높은 선호적 용해도를 갖도록 막을 선택할 수 있다.
투과성 막 분리 모듈이 고무질 또는 유리질 폴리머 재료인 구현예에서, 하나 이상의 투과성 막 분리 모듈에서 상기 막을 가로지르는 압력 구배는 약 0.1 bar 내지 약 20 bar, 바람직하게는 약 0.25 bar 내지 약 15 bar, 더 바람직하게는 약 0.25 bar 내지 약 10 bar이다.
투과성 막 분리 모듈이 고무질 또는 유리질 폴리머 재료인 구현예에서, 공정은 약 -80℃ 내지 약 120℃, 바람직하게는 약 -60℃ 내지 약 80℃, 더 바람직하게는 약 -40℃ 내지 약 40℃의 온도에서 관련된 하나 이상의 투과성 막 분리 모듈에서 수행된다.
위의 구현예 중 임의의 것에서, 막은 편평한 시트 막일 수 있다. 대안적으로, 막은 중공 섬유 막일 수 있다.
중공-섬유 막 시스템은 막이 작은 직경의 중공 튜브로 형성된 시스템이다. 이러한 중공 튜브 어셈블리는, 통상적으로 어셈블리가 쉘 및 튜브 열 교환기와 유사하도록 기밀 헤더 플레이트가 장착된 압력 밀폐 관형 쉘 내부에 이러한 튜브 다발을 넣어 만들어진다. 침투 방향은 중공 섬유 내부에서 쉘로 향하거나 그 반대일 수 있다.
편평한 시트 막은 전형적으로 하나 이상의 불활성 지지 막 재료에 결합된 분리 막 자체로 형성되며, 그 기공은 분리에 큰 장애를 나타내지 않는다. 이들은 통상적으로 스페이서 재료 주위에 나선형 패턴으로 감겨 있으며 전체 어셈블리는 압력 밀폐 원통형 쉘 내부에 배치된다. 환형 배열은 내부 공간이 고압 영역과 저압 영역으로 분할되어 전체 인클로저(enclosure) 크기가 컴팩트하면서도 유체가 넓은 표면적과 접촉할 수 있음을 의미한다.
Claims (25)
- HCl 및 PF5를 포함하는 공급물 스트림을 복수의 스트림으로 분리하는 공정으로서, 제1 스트림은 PF5가 풍부하고, 제2 스트림은 HCl이 풍부하고, 공급물 스트림이 투과성 막 분리 모듈 중 하나 이상으로 유입되는 것을 포함하며, 막 분리 모듈은 HCl 또는 PF5 중 하나에 선택적으로 투과할 수 있는 막을 포함하는, 공정.
- 제1항에 있어서, 공급물 스트림은 2개의 스트림 (i) PF5가 풍부한 제1 스트림; 및 (ii) HCl이 풍부한 제2 스트림으로 분리되는, 공정.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 공급물 스트림은 HCl:PF5를 1:1 초과 내지 약 15:1의 몰비, 바람직하게는 1:1 초과 내지 약 10:1의 몰비, 더 바람직하게는 1:1 초과 내지 약 5:1의 몰비로 포함하는, 공정.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 스트림 및/또는 제2 스트림을 정제하여 정제된 스트림 및 폐스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하며, 정제된 스트림은 각각 제1 및/또는 제2 스트림에 비해 증가된 불순물 내에 PF5 및/또는 HCl을 포함하는, 공정.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, PF5:HCl의 몰비가 적어도 1:1, 바람직하게는 2:1, 더 바람직하게는 5:1, 가장 바람직하게는 10:1이 되도록 제1 스트림은 PF5가 풍부한 것인, 공정.
- 제4항에 있어서, PF5:HCl의 몰비가 적어도 1:1이 되도록 제1 스트림은 PF5가 풍부한 경우, 정제 단계는 증류에 의해 수행되는, 공정.
- 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 폐스트림을 하나 이상의 막 분리 모듈로 다시 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는, 공정.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 스트림 및/또는 제2 스트림은 존재하는 경우 정제 단계 전에, 각각 제1 또는 제2 스트림 내 PF5 또는 HCl의 양을 더 풍부하게 하기 위해 추가 투과성 막 분리 모듈을 통과하는, 공정.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 막은 미세다공성 불활성 폴리머 재료인, 공정.
- 제9항에 있어서, 미세다공성 불활성 폴리머 재료는 폴리 테트라플루오로에텐 (PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 불소화된 에틸렌-프로필렌 (FEP), 설폰화된 퍼플루오로비닐 에테르-테트라플루오로에텐 공중합체 (예를 들어, NafionTM) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 공정.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 투과성 막 분리 모듈 중 하나 이상에서 막을 가로지르는 압력 구배는 약 0.1 bar 내지 약 20 bar, 바람직하게는 약 0.25 bar 내지 약 15 bar, 더 바람직하게는 약 0.5 bar 내지 약 10 bar인, 공정.
- 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 약 -50℃ 내지 약 80℃, 바람직하게는 약 -30℃ 내지 약 50℃, 더 바람직하게는 약 -20℃ 내지 약 40℃의 온도에서 투과성 막 분리 모듈 중 하나 이상에서 수행되는, 공정.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 막 재료는 고무질 또는 유리질 폴리머 재료로부터 선택되고, PF5 또는 HCl 중 하나의 용해도는 다른 성분에 비해 향상되어 용해도가 높은 성분은 용해도가 낮은 성분보다 더 빠른 속도로 막을 통해 투과되는, 공정.
- 제13항에 있어서, 막 재료는 불소화 폴리머, 폴리비닐 클로라이드, 폴리실록산, 폴리-메틸-펜텐, 폴리설폰, 폴리이미드, 부분 불소화 또는 치환된 폴리이미드, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 공정.
- 제14항에 있어서, 폴리실록산은 폴리디메틸 실록산인, 공정.
- 제14항에 있어서, 폴리이미드는 불소화 폴리이미드, 바람직하게는 6FDA-6FpDA인, 공정.
- 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 투과성 막 분리 모듈 중 하나 이상에서 막을 가로지르는 압력 구배는 약 0.1 bar 내지 약 20 bar, 바람직하게는 약 0.25 bar 내지 약 15 bar, 더 바람직하게는 약 0.25 bar 내지 약 10 bar인, 공정.
- 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 약 -80℃ 내지 약 120℃, 바람직하게는 약 -60℃ 내지 약 80℃, 더 바람직하게는 약 -40℃ 내지 약 40℃의 온도에서 투과성 막 분리 모듈 중 하나 이상에서 수행되는, 공정.
- 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 막은 PF5(-60℃ 내지 +20℃의 온도 범위에서 11 (MPa)1/2)와 비교하여 HCl(-60℃ 내지 +20℃의 온도 범위에서 21 (MPa)1/2)의 값에 더 가까운 힐데브란트(Hildebrand) 용해도 매개변수를 갖는 물질로 제조되는, 공정.
- 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 막은 HCl(-60℃ 내지 +20℃의 온도 범위에서 21 (MPa)1/2)와 비교하여 PF5(-60℃ 내지 +20℃의 온도 범위에서 11 (MPa)1/2)의 값에 더 가까운 힐데브란트(Hildebrand) 매개변수를 갖는 물질로 제조되는, 공정.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 막은 편평한 시트 막인, 공정.
- 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 막은 중공 섬유 막인, 공정.
- 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 배치식 또는 연속 조작으로 수행되고, 바람직하게는 연속 조작으로 수행되는, 공정.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 막 분리 모듈로 유입되는 하나 이상의 스트림은 기체 또는 증기 상태인, 공정.
- 제5항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 이 공정에서 생산된 PF5는 LiPF6 합성 공정에 사용되는, 공정.
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